解决EMI电磁干扰的问题技巧

随着电子设备的普及和电磁环境日益复杂，EMI电磁干扰的问题日益突出。本文将围绕EMI展开介绍，从原理、影响以及解决方法等多方面进行详细阐述。

一、EMI电磁干扰的基本概念

EMI电磁干扰指的是电磁场或电磁波对电子设备、电路或系统造成的不良影响。它可能来自于外部环境，也可能由设备内部产生。EMI会导致设备性能下降、通讯中断甚至故障，严重影响设备的正常工作。

二、EMI的分类

1、传导干扰：通过传导媒介(如电源线、信号线等)传播的干扰信号;

2、辐射干扰：通过空气传播的电磁波干扰，如无线电波、微波等;

3、互调干扰：在不同频率信号相互作用下产生的干扰。

三、电磁干扰的影响

1、设备性能下降：干扰信号会导致电子设备性能下降，如传感器误差增大、通讯速率降低等;

2、安全隐患：在医疗设备、航空航天系统等领域，EMI可能导致严重的安全事故;

3、法规要求：各国针对EMI都有相应的法规标准，设备需符合相关标准以保证产品质量和市场准入。

四、EMC电磁兼容性解决方案

1、EMI滤波器的应用：通过在电源线、信号线等关键部位设置EMI滤波器，抑制干扰信号的传播;

2、屏蔽技术的应用：采用金属屏蔽罩、屏蔽材料等措施，阻隔外部电磁波的干扰;

3、地线设计：合理的地线设计可以有效降低传导干扰。

五、EMI测试与认证

为了确保设备符合EMI的相关标准，通常需要进行EMI测试，并获得相应的认证。测试内容包括辐射发射测试、传导发射测试、抗干扰能力测试等，通过测试获得认证标志，表明产品符合EMI相关标准要求。

对策1:尽量减少各回路的有效面积

传导干扰有差分模干扰和共模干扰两种，让我们先看看传导干扰是如何产生的。如图1所示，回路电流产生传导干扰。里面有几个回路电流。我们可以把每个回路看作一个感应线圈或变压器线圈的一次和二次。当有电流流过一个电路时，另一个电路就会产生感应电动势，从而产生干扰。减少干扰最有效的方法是尽量减少每个回路的有效面积。

对策2:屏蔽并减小每个电流环的面积和带电导体的面积和长度

如图2所示，E1、E2、E3、E4为磁场对回路诱导的差动模干扰信号;E5、E6、E7、E8是磁场对地回路的共模干扰信号。共模信号的一端是整个电路板，另一端是地球。线路板上的共用端子不能视为接地。不要将公用端子与外壳连接。除非机箱接地，否则共用端子和外壳会增加辐射天线的有效面积，共用模辐射干扰会更加严重。一是屏蔽，二是减小每个电流环的面积(磁场干扰)，减小带电导体的面积和长度(电场干扰)。

对策3:对变压器进行磁屏蔽，尽量减小各电流回路的有效面积

如图3所示，在所有的电磁感应干扰中，变压器漏感最为严重。如果以变压器的漏电感为该变压器的感应线圈的初级，则可将其他电路视为该变压器的次级电路。减小干扰的方法是对变压器进行屏蔽，尽量减小各电流环的有效面积。

对策4:用铜箔屏蔽变压器

如图4所示，屏蔽变压器的主要目的是减少变压器漏感磁通对周围电路的电磁感应干扰，以及外部的电磁辐射干扰。原则上，非磁性材料不能直接屏蔽漏磁，但铜箔是一种良导体。交流漏磁通过铜箔时，会产生涡流，涡流产生的磁场方向与漏磁方向正好相反，可以抵消部分漏磁。因此，铜箔对磁通也能起到很好的屏蔽作用。

对策5:采用双线传输和阻抗匹配

如图5所示，如果两根相邻导线的电流相等，电流方向相反，它们所产生的磁力线可以相互抵消。对于干扰严重或容易被干扰的电路，尽量使用双线传输信号，不要使用公共地传输信号，公共地电流越小，干扰越小。当导线长度等于或大于波长的四分之一时，传输线中必须考虑阻抗匹配问题。不匹配的传输线会产生驻波，对周围电路产生强烈的辐射干扰。

对策6:减小电流电路的面积

如图6所示，磁场辐射干扰主要是由流经高频电流电路进入接收电路的磁通引起的。因此，应尽量减小流经高频电流电路和接收电路的面积。E1,Φ1,S1和B1 EMF,通量,面积和通量密度产生的辐射电流电路;E2Φ2 S2和B2 EMF,通量,面积和通量密度分别辐射电流电路中产生。

下图详细显示了当前环路辐射。如图所示，S1为整流输出滤波电路，C1为储能滤波电容，I1为回路高频电流。这个电流是所有电流电路中最大的，磁场干扰也是最严重的。S1的面积应该尽可能的缩小。

在S2电路中，基本上没有高频回路电流，并且?I2主要是电源纹波电流，且高频分量较小，所以基本上不需要考虑S2的面积大小。C2为储能滤波电容器，为负载R1提供能量。R1和R2不是简单的负载电阻，而是高频电路负载。高频电流I3基本由C2提供，C2的位置比较重要。它的连接位置应该考虑S3的最小面积。还有一个?S3中的I3，主要是电源的纹波电流，也有少量高频电流成分。在S4电路中，基本上没有高频电路电流，并且?I4主要是电源纹波电流，高频分量相对较小。因此，S4的面积大小基本上不需要考虑。S5电路与S3电路基本相同，i5电流环面积应尽可能小。

对策7:不要使用多路串联电源

图7中的几个电流电路串联在供电电源上，容易产生电流共模干扰，特别是在高频放大电路中，产生高频噪声。电流共模干扰的原因为:I2 =?I3 + ?当+ ?I5

在图8中，每个电流回路彼此分开并并联供电。每个电流回路是独立的，不会产生共模干扰。

对策8:避免干扰信号在电路中发生共振

如图9所示，共模天线的一极为整个电路板，另一极为连接电缆中的地线。减少辐射干扰最有效的方法是对整个电路板进行屏蔽，并对外壳进行接地。电场辐射干扰的原因是导体或引线由高频信号充电，应尽量减小导体的长度和表面积。磁场干扰的原因是导体或电路中有高频电流流过，所以电路板中电流环的长度和面积应尽量减小。频率越高，电磁辐射干扰越严重;当载流子的长度与信号的波长相比较时，会增强干扰信号的辐射。

当载液长度等于干扰信号四分之一波长的整数倍时，干扰信号会在电路中产生共振，辐射干扰最强，应尽量避免。、

电磁干扰解决方案

针对电子设备中出现的电磁干扰问题，工程师们通过不断的研究和实践，提出了一系列有效的解决方案，旨在提高设备的抗干扰性能，确保设备在复杂的电磁环境中能够稳定工作。下面我们将进一步探讨一些常用的电磁干扰解决方案。

1.滤波器设计：滤波器设计是最为常见的解决方案之一。通过在电源线、信号线等关键部位添加滤波器，可以有效地抑制高频噪声和干扰信号，防止其传播到其他部件或设备中。滤波器的选用和设计需要根据具体的干扰频率范围和信号特性进行，合理的滤波器设计将大大降低电磁干扰的影响。

2.屏蔽设计：屏蔽设计在特殊应用领域尤为重要。对于一些特别敏感的电子设备，如高精密测量仪器、航空航天设备等，采用金属屏蔽或电磁屏蔽技术可以有效地隔绝外部电磁辐射的影响。屏蔽设计需要综合考虑设备的物理结构和工作环境，以确保屏蔽效果的稳定和可靠。

3.地线设计：地线设计也是解决电磁干扰问题的重要方面。合理的地线连接和布局可以降低设备的接地电阻，减少接地回路引起的干扰。同时，地线设计还可以帮助设备有效地排除外部干扰，提高设备的抗干扰能力。

4.合理布局：合理的电路板布局和元件排列也是重要的解决方案之一。通过优化电路板的布局和元件的排列，可以减少信号线和功率线之间的交叉，降低互相干扰的可能性。同时，避免信号线和功率线在设计中过于接近，也能有效地减少共模干扰的产生。

5.选择合适元件：选择合适的元件对于抑制电磁干扰也是至关重要的。一些特殊材料制成的低干扰电容、电感等元件，可以在电路设计中发挥重要的作用，有效地降低电磁干扰水平。

电磁干扰问题是电子信息工程中需要高度重视的挑战之一。通过滤波器设计、屏蔽设计、地线设计、合理布局和选择合适元件等一系列解决方案，我们可以不断提高电子设备的抗干扰性能，确保设备在复杂的电磁环境中稳定可靠地运行。